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DE69821531T2 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR REDUCING THE RETROACTIVITY OF LOAD INFLUENCES IN A FREQUENCY GENERATOR WITH A PHASE LOCKED LOOP CIRCUIT - Google Patents

METHOD AND ARRANGEMENT FOR REDUCING THE RETROACTIVITY OF LOAD INFLUENCES IN A FREQUENCY GENERATOR WITH A PHASE LOCKED LOOP CIRCUIT Download PDF

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Frequenzquellen, insbesondere phasenverriegelte Frequenzquellen, die sehr hohe Frequenzen und hohe Energieniveaus liefern.The This invention relates to frequency sources, in particular phase locked ones Frequency sources that have very high frequencies and high energy levels deliver.

Es ist oft wünschenswert, eine Frequenzquelle zu haben, die die Frequenz nicht ändert, um eine Vorrichtung, wie zum Beispiel Sender, bei festen Frequenzen zu betreiben. Kristalloszillatoren werden für solche Zwecke verwendet. Wenn aber die Ausgangsfrequenz sehr hoch ist, sind die Kosten eines Kristalloszillators mit dieser Frequenz sehr hoch. Spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO) in einem Phasenregelkreis, welcher einen Kristalloszillator mit niedrigerer Frequenz nutzt, können genutzt werden, um eine sehr stabile Hochfrequenzquelle zu liefern. Wenn jedoch die Ausgangsenergie groß ist, wurde festgestellt, daß das Ausgangssignal auf den VCO rückgekoppelt werden kann (mittels Strahlung und/oder Leitung) und eine Phasenverschiebung verursacht, die die Ausgangsfrequenz von dem gewünschten Wert weg verschiebt.It is often desirable to have a frequency source that does not change the frequency by one Device, such as transmitters to operate at fixed frequencies. Crystal oscillators are used for used such purposes. But if the output frequency is very high is the cost of a crystal oscillator with this frequency very high. Voltage Controlled Oscillators (VCO) in a Phase Locked Loop, which uses a lower frequency crystal oscillator, can be used to deliver a very stable high frequency source. If however, the output energy is large, it was found that the Output signal fed back to the VCO can be (by means of radiation and / or conduction) and a phase shift causing the output frequency to shift away from the desired value.

Das Dokument EP 0643494 offenbart einen Homodyn-Radioempfänger mit einem lokalen Oszillator und einem Phasenverschiebungs-Netzwerk, welches jeweilige, bezüglich der Phase um 90° verschobene Signale an jeweilige Mischer liefert. Ein Vervielfacher und ein Teiler, die in Reihe angeordnet sind, werden zwischen den lokalen Oszillator und das Phasenverschiebungs-Netzwerk gebracht, wobei der Vervielfacher die Frequenz des lokalen Oszillators mit einem Faktor von drei multipliziert und wobei der Teiler die Ausgangsfrequenz des Vervielfachers durch zwei teilt.The document EP 0643494 discloses a homodyne radio receiver having a local oscillator and a phase-shifting network which provides respective phase-shifted signals at 90 ° to respective mixers. A multiplier and a divider, arranged in series, are placed between the local oscillator and the phase-shift network, the multiplier multiplying the frequency of the local oscillator by a factor of three and dividing the multiplier output frequency by two.

Nach einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung nach dem Anspruch 1 geschaffen.To An aspect of the invention is an apparatus according to the claim 1 created.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit einer gewünschten Frequenz gemäß Anspruch 3 geschaffen.To Another aspect of the invention is a method of generating a signal with a desired one Frequency according to claim 3 created.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference closer to a drawing explained. Hereby show:

1 eine schematische Darstellung einer bekannten Phasenregelkreis-Frequenzquelle; und 1 a schematic representation of a known phase locked loop frequency source; and

2 eine schematische Darstellung der Erfindung. 2 a schematic representation of the invention.

1 zeigt eine bekannte Konstantfrequenzquelle in Form einer Phasenregelkreis-Frequenzquelle 10, die betreibbar ist, um eine relativ große Ausgangsfrequenz f1 zu erzeugen. In dieser Schaltung kann die Frequenz f1 beispielsweise 1500 MHz sein. Die Phasenregelkreis-Quelle 10 umfaßt eine Kristalloszillator-Referenzfrequenzquelle 12 zum Erzeugen einer relativ niedrigen Frequenz f2. In dieser Schaltung kann f2 beispielsweise 10 MHz sein. Es ergibt sich, daß die Auswahl der Kristalloszillatorfrequenz sich aus der gewünschten Ausgangsfrequenz f1 berechnet und daß häufig Standard-Kristalloszillatoren mit vorbestimmten Frequenzen zur Verfügung stehen, die nach Wunsch bezüglich bestimmter Variablen geändert werden können. Der Ausgang des Kristalloszillators 12 wird auf einer Leitung 13 erzeugt, die mit einer „Teile durch R"-Box 14 verbunden ist, um einen Ausgang auf einer Leitung 16 an einen Phasendetektor 18 zu erzeugen. In dieser Schaltung kann der Wert von R 2 sein. Der Phasendetektor 18 empfängt auch ein Rückkopplungssignal auf einer Leitung 20 und vergleicht die zwei Eingänge, um auf einer Leitung 22 ein Phasenfehlersignal zu erzeugen. Ein Signal auf der Leitung 22 wird mit Hilfe eines Schleifenfilters 24 gefiltert und über eine Leitung 26 auf einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 28 gegeben. Der VCO 28 erzeugt die relativ hohe Ausgangsfrequenz f1 auf einer Leitung 30, welche genutzt wird, um eine Lasteinrichtung zu beliefern, beispielsweise einen Sender 32. Der Ausgang auf Leitung 30 wird darüber hinaus über eine Leitung 34 auf eine „Teile durch A"-Schaltung 36 rückgekoppelt, welche das Signal durch einen berechneten Wert A teilt, der in dieser Schaltung 300 sein. Das geteilte Signal wird auf der Leitung 20 dem Phasendetektor 18 präsentiert. Die Schaltung 36 erzeugt das Rückkopplungssignal auf der Leitung 20, und dieses Signal wird bei normalem Betrieb gleich dem Signal auf Leitung 16 ausgebildet. Dementsprechend existiert keine Änderung des Eingangs des Filters 22, und die Ausgangsfrequenz f1 bleibt konstant. Wenn sich die Frequenz f1 zu ändern beginnt, ändert sich das Rückkopplungssignal an dem Phasendetektor 18, und der Eingang an den VCO 28 ändert sich, um die Frequenz zurück auf f1 zu bringen. Als Mathematik der Phasenregelkreis-Schaltung ergibt sich, daß die Ausgangsfrequenz f1 (1500 MHz) geteilt durch A (300) gleich 5 MHz ist. Die Kristalloszillator-Frequenz (10 MHz) geteilt durch R (2) ist auch 5 MHz. 1 shows a known constant frequency source in the form of a phase locked loop frequency source 10 which is operable to produce a relatively large output frequency f 1 . In this circuit, the frequency f 1 may be 1500 MHz, for example. The phase locked loop source 10 comprises a crystal oscillator reference frequency source 12 for generating a relatively low frequency f 2 . In this circuit, f 2 may be 10 MHz, for example. It will be understood that the selection of the crystal oscillator frequency is calculated from the desired output frequency f 1 and that standard crystal oscillators are often available at predetermined frequencies which can be changed as desired for particular variables. The output of the crystal oscillator 12 is on a wire 13 generated with a "parts by R" box 14 connected to an output on a line 16 to a phase detector 18 to create. In this circuit, the value of R 2 may be. The phase detector 18 Also receives a feedback signal on a line 20 and compare the two inputs to one on a wire 22 to generate a phase error signal. A signal on the line 22 is done with the help of a loop filter 24 filtered and over a wire 26 to a voltage controlled oscillator (VCO) 28 given. The VCO 28 generates the relatively high output frequency f 1 on a line 30 , which is used to supply a load device, such as a transmitter 32 , The output on wire 30 is beyond a line 34 to a "parts by A" circuit 36 fed back, which divides the signal by a calculated value A, in this circuit 300 be. The divided signal will be on the line 20 the phase detector 18 presents. The circuit 36 generates the feedback signal on the line 20 , and this signal will be equal to the signal on line during normal operation 16 educated. Accordingly, there is no change in the input of the filter 22 , and the output frequency f 1 remains constant. When the frequency f 1 starts to change, the feedback signal on the phase detector changes 18 , and the entrance to the VCO 28 changes to bring the frequency back to f 1 . The mathematics of the phase-locked loop circuit is that the output frequency f 1 (1500 MHz) divided by A (300) equals 5 MHz. The crystal oscillator frequency (10 MHz) divided by R (2) is also 5 MHz.

Während angenommen wird, daß die Frequenz f1 mit der Schaltung nach 1 konstant gehalten wird, wurde festgestellt, daß bei den hohen Frequenzen, die hier involviert sind, und bei dem benötigten großen Energieausgang eine ungewünschte Kopplung von dem Ausgang zurück auf den VCO 28 auftritt. Dieses Kopplung kann aufgrund eines leitenden Übergangs durch den normalen RF-Ausgangsweg und/oder durch Gleichstrom-Energie- oder Steuer- Leitungen auftreten. Alternativ oder zusätzlich kann diese Kopplung auch aufgrund von Strahlung auftreten, weil es an einer perfekten Abschirmintegrität fehlt. Darüber hinaus können die Dauer und die Wiederholungsrate der Sendeimpulse des Senders 32 so sein, daß die Frequenz des Oszillators mit Hilfe der normalen Rückkopplung, die mit dem Phasenregelkreis zur Verfügung gestellt wird, nicht korrigiert werden kann. Weil die VCO-Ausgangsfrequenz und die Frequenz f1 des Senders 32 gleich sind, wenn die Ausgangsfrequenz in den VCO 28 gekoppelt wird, wird dieses als eine vergrößerte Rückkopplung von dem Oszillator betrachtet. Diese Änderungen der Phase der Rückkopplung verursachen, daß der VCO 28 die Ausgangsfrequenz verschiebt, um diesen Phasen-Offset zu beseitigen. Der Phasen-Offset verursacht eine ungewünschte Verschiebung („load pulling"-Lastzug bzw. Lastverschiebung) der Ausgangsfrequenz. Hier arbeitet der VCO bei der gleichen Frequenz oder einer in ganzzahliger Beziehung stehenden Frequenz des Ausgangs f1, und das ungewünscht gekoppelte Signal ist phasenkohärent mit dem VCO, wodurch der VCO sehr empfindlich für das gekoppelte Signal wird.While it is assumed that the frequency f 1 with the circuit after 1 is kept constant, it has been found that at the high frequencies involved and the large power output required, unwanted coupling from the output back to the VCO 28 occurs. This coupling may occur due to a conductive transition through the normal RF output path and / or through DC power or control lines. Alternatively or additionally, this coupling may also occur due to radiation because of the lack of perfect shielding integrity. In addition, the duration and repetition rate of the transmit pulses of the transmitter 32 be such that the frequency of the oscillator can not be corrected by means of the normal feedback provided with the phase locked loop. Because the VCO output frequency and the frequency f 1 of the transmitter 32 are the same when the output frequency in the VCO 28 is considered to be an enlarged feedback from the oscillator. These changes in the feedback phase cause the VCO 28 shifts the output frequency to eliminate this phase offset. The phase offset causes an undesired shift ("load pulling") of the output frequency Here, the VCO operates at the same frequency or an integer-related frequency of the output f 1 , and the unwanted coupled signal is phase coherent with the VCO, making the VCO very sensitive to the coupled signal.

Unsere Lösung dieses Problems besteht darin, daß der VCO-Ausgang F und das Ausgangssignal f1 nicht durch irgendeine ganze Zahl in Beziehung stehen, so daß keine Phasenkohärenz existiert. In 2 bleiben der Phasenregelkreis-Oszillator 10 und seine Komponenten im wesentlichen gleich wie in 1 und weisen die selben Bezugszeichen auf. Die in 2 genutzten Werte sind verschieden, und wenn beispielsweise angenommen wird, daß die gewünschte Ausgangsfrequenz f1 immer noch 1500 MHz ist, kann der Ausgang des VCO 28 nun auf 1000 MHz (eine nicht ganzzahlige Beziehung zu 1500 MHz) gesetzt werden. Der Wert von A in der „Teile durch A"-Schaltung 36 kann nun 200 sein, der Wert von R in der „Teile durch R"-Schaltung 14 kann nun 2 sein, und der Frequenzausgang des Kristalloszillators 12 kann nun 10 MHz sein. Für die Mathematik der Phasenregelkreis-Schaltung in 2 ergibt sich dann, daß die Ausgangsfrequenz F (1000 MHz) geteilt durch A (200) gleich 5 MHz ist und daß die Kristalloszillator-Frequenz f2 (10 MHz) geteilt durch R (2) auch 5 MHz ist.Our solution to this problem is that the VCO output F and the output f 1 are not related by any integer, so there is no phase coherence. In 2 remain the phase-locked loop oscillator 10 and its components are substantially the same as in 1 and have the same reference numerals. In the 2 values used are different, and for example, assuming that the desired output frequency f 1 is still 1500 MHz, the output of the VCO 28 now set to 1000 MHz (a non-integer relationship to 1500 MHz). The value of A in the "divide by A" circuit 36 can now be 200, the value of R in the "parts by R" circuit 14 can now be 2, and the frequency output of the crystal oscillator 12 can now be 10 MHz. For the mathematics of the phase-locked loop circuit in 2 it follows that the output frequency F (1000 MHz) divided by A (200) is equal to 5 MHz and that the crystal oscillator frequency f 2 (10 MHz) divided by R (2) is also 5 MHz.

Zusätzlich zu der Phasenregelkreis-Schaltung umfaßt 2 eine „Teile durch N"-Schaltung 50, die verbunden ist, um eine etwas niedrigere VCO-Ausgangsfrequenz F zu empfangen und sie durch eine kleine ganze Zahl (beispielsweise 2) zu teilen, um ein noch niedrigeres Frequenzsignal auf einer Leitung 52 zu erzeugen. Das Signal auf Leitung 52 wird an eine „Multipliziere mit M"-Schaltung 54 gegeben, die das Signal mit einem kleinen ganzzahligen Wert M (beispielsweise 3) multipliziert, um die gewünschte Ausgangsfrequenz f1 von 1500 MHz auf einer Leitung 56 zu erzeugen und an den Sender 32 zu liefern. Es ergibt sich, daß das Ausgangssignal des VCO 28 auf der Leitung 30 mit 3/2 multipliziert wird, so daß es gleich der gewünschten Ausgangsfrequenz f1 auf der Leitung 56 ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die gewünschte Ausgangsfrequenz f1 immer noch 1500 MHz, und dementsprechend muß F bei N (2) und M (3) 1000 MHz sein (1000 MHz dividiert durch N (2) mal M (3) = 1500 MHz). Nun wird festgestellt, daß die Ausgangsfrequenz f1 ein nicht ganzzahliges Vielfaches der VCO-Frequenz F ist, so daß die Empfindlichkeit des VCO 28 für irgendein ungewünschtes Koppeln an das Ausgangssignal wesentlich vermindert ist. Während die ungewünschte Rückkopplung kein Frequenz-Offset verursacht, kann sie eine kleinere nicht konstante Variation bei der Schwebungsfrequenz verursachen. Dieses erzeugt ein kleines Seitenbandsignal auf dem VCO-Ausgang, was von dem Träger um die Schwebungsfrequenz getrennt ist und leicht mittels nachfolgender Filterung entfernt werden kann, insbesondere wenn N und M ausgewählt werden, um eine hohe Schwebungsfrequenz zu erzeugen.In addition to the phase-locked loop circuit 2 a " divide by N " circuit 50 which is connected to receive a slightly lower VCO output frequency F and divide it by a small integer (e.g., 2) to produce an even lower frequency signal on a line 52 to create. The signal on line 52 is to a "multiply with M" circuit 54 given the signal multiplied by a small integer value M (for example, 3) to the desired output frequency f 1 of 1500 MHz on a line 56 to generate and send to the transmitter 32 to deliver. It turns out that the output of the VCO 28 on the line 30 multiplied by 3/2 so that it equals the desired output frequency f 1 on the line 56 is. In the preferred embodiment, the desired output frequency f 1 is still 1500 MHz, and accordingly F at N (2) and M (3) must be 1000 MHz (1000 MHz divided by N (2) times M (3) = 1500 MHz) , Now, it is found that the output frequency f 1 is a non-integer multiple of the VCO frequency F, so that the sensitivity of the VCO 28 is significantly reduced for any unwanted coupling to the output signal. While the unwanted feedback does not cause a frequency offset, it can cause a smaller non-constant variation in the beat frequency. This produces a small sideband signal on the VCO output which is separate from the carrier by the beat frequency and can be easily removed by subsequent filtering, especially when N and M are selected to produce a high beat frequency.

Es ergibt sich, daß wir eine Quelle mit konstanter hoher Frequenz angegeben haben, die in der Lage ist, eine hohe Energie zu übertragen, wobei eine geringe Empfindlichkeit für Lastzug besteht, weil jegliches ungewünschtes Koppeln der Ausgangsfrequenz f1 zurück auf den Eingang des VCO von dem VCO nicht als Rückkopplung gesehen wird, da es nicht die selbe Frequenz aufweist oder eine Harmonische oder Teilharmonische hiervon ist. Deshalb ändert sich die Rückkopplung des VCO's nicht hinsichtlich der Phase, und der VCO muß keine verirrte Phasenänderung korrigieren, so daß die Ausgangsfrequenz nicht verschoben wird. Viele Modifikationen ergeben sich für den Fachmann bezüglich der Vorrichtung, die zur Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform genutzt wurde. Beispielsweise muß die Quelle nicht zur Energieversorgung eines Senders genutzt werden, andere Lasten können angewendet werden. Der Kristalloszillator kann durch andere Formen fester Referenzoszillatoren mit niedriger Frequenz ersetzt werden, und die verschiedenen Werte, die für A, R, M, N und die gewünschte Frequenz genutzt wurden, können sich für unterschiedliche Anwendungen ändern. Tatsächlich können A, R, M und N programmierbar sein, so daß die Erfindung genutzt werden kann, wo es notwendig ist, eine feste aber programmierbare Frequenz zu erzeugen.It can be seen that we have given a constant high frequency source capable of transmitting high energy with little susceptibility to the lorry because of any unwanted coupling of the output frequency f 1 back to the input of the VCO of The VCO is not considered as a feedback because it does not have the same frequency or is a harmonic or partial harmonic thereof. Therefore, the feedback of the VCO does not change in phase, and the VCO does not have to correct a stray phase change, so that the output frequency is not shifted. Many modifications will become apparent to those skilled in the art in view of the apparatus that has been used to describe a preferred embodiment. For example, the source need not be used to power a transmitter, other loads may be used. The crystal oscillator can be replaced by other forms of fixed reference oscillators with low frequency, and the different values used for A, R, M, N and the desired frequency can change for different applications. In fact, A, R, M and N may be programmable so that the invention may be used where it is necessary to generate a fixed but programmable frequency.

Claims (5)

Vorrichtungmit einer Frequenzquelle, die zum Erzeugen eines Signals mit einer Quellenfrequenz (F) konfiguriert ist, und Frequenzeinstellmittel (50, 54), die an die Frequenzquelle betreibbar gekoppelt sind, wobei die Frequenzeinstellmittel konfiguriert sind zum Empfangen des Signals mit der Quellenfrequenz (F) und zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer Frequenz (f1) als Funktion der Quellenfrequenz (F), so daß die Ausgangsfrequenz (f1) weder eine Harmonische noch eine Teilharmonische der Quellenfrequenz (F) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Frequenzeinstellmittel auf einen Sender gegeben wird, wobei die Frequenzquelle einen Phasenregelkreis (20–36) umfaßt, welcher das Signal mit der Quellenfrequenz (F) liefert, und wobei die Frequenzeinstellmittel der Verminderung des Lastzuges dienen.Device having a frequency source configured to generate a signal having a source frequency (F) and frequency setting means ( 50 . 54 ) operably coupled to the frequency source, the frequency setting means being configured to receive the signal at the source frequency (F) and to generate an output signal having a frequency (f1) as a function of the source frequency (F) so that the output frequency (f1 ) is neither a harmonic nor a partial harmonic of the source frequency (F), characterized in that the output of the frequency setting means is applied to a transmitter, the frequency source comprising a phase locked loop ( 20 - 36 ), which supplies the signal at the source frequency (F), and wherein the frequency setting means serve to reduce the load tension. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzeinstellmittel eine N-Dividierschaltung und eine M-Multiplizierschaltung umfassen, wobei N bzw. M ganze Zahlen sind.Device according to claim 1, characterized in that that the Frequency setting means comprise an N-dividing circuit and an M-multiplying circuit, where N and M are integers. Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit einer gewünschten Ausgangsfrequenz (f1), das Verfahren die folgenden Schritte umfassend: Vorsehen einer Frequenzquelle, die zum Erzeugen eines Signals mit einer Quellenfrequenz (F) konfiguriert ist, Vorsehen von Frequenzeinstellmitteln (50, 54), die an die Frequenzquelle betreibbar gekoppelt sind, wobei die Frequenzeinstellmittel konfiguriert sind, um das Signal mit der Quellenfrequenz (F) zu empfangen und das Ausgangssignal mit der Ausgangsfrequenz (f1) als eine Funktion der Quellenfrequenz (F) zu erzeugen, so daß die Ausgangsfrequenz (f1) weder eine Harmonische noch eine Teilharmonische der Quellenfrequenz (F) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Frequenzeinstellmittel auf einen Sender gegeben wird, wobei die Frequenzquelle einen Phasenregelkreis (18–36) umfaßt, der das Signal mit der Quellenfrequenz (F) liefert, und wobei die Frequenzeinstellmittel zur Verminderung eines Lastzuges dienen.A method of generating a signal having a desired output frequency (f1), the method comprising the steps of: providing a frequency source configured to generate a signal having a source frequency (F), providing frequency adjustment means ( 50 . 54 ) operably coupled to the frequency source, the frequency adjusting means being configured to receive the signal at the source frequency (F) and to generate the output signal at the output frequency (f1) as a function of the source frequency (F) such that the Output frequency (f1) is neither a harmonic nor a partial harmonic of the source frequency (F), characterized in that the output of the frequency setting means is applied to a transmitter, the frequency source comprising a phase-locked loop ( 18 - 36 ) which supplies the signal at the source frequency (F), and wherein the frequency setting means serve to reduce a load train. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzeinstellmittel eine N-Dividierschaltung und eine M-Multiplizierschaltung umfassen, wobei N bzw. M ganze Zahlen sind.Method according to claim 3, characterized that the Frequency setting means, an N-dividing circuit and an M-multiplying circuit include, where N and M are integers. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch. gekennzeichnet, daß die N-Dividierschaltung und die M-Multiplizierschaltung arbeiten, um an den Sender ein Signal mit einer Ausgangsfrequenz (f1) zu liefern, welches gleich 3/2 der Quellenfrequenz (F) ist.Method according to claim 4, characterized. in that the N divider circuit and the M multiplier circuit operate to to deliver to the transmitter a signal with an output frequency (f1), which is equal to 3/2 of the source frequency (F).
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